AerMet100钢热变形过程数值模拟及晶粒尺寸演变研究

摘要

近年随着计算机技术的发展，基于有限元法的数值模拟技术已经成为研究材料塑性成形问题的强有力方法。本文研究了AerMet100钢在高温下无约束条件下和有约束条件下的热变形过程。根据AerMet100钢热挤压工艺要求设计了挤压模具。初步建立了两种条件下热变形的温度场、应力场和再结晶的数学模型。并用DEFORM分别模拟无约束条件和有约束条件下的热变形过程的流线、温度场、应力场及变形过程晶粒尺寸演变。
　　模拟结果表明，AerMet100钢在无约束单向热压缩试样中心区为大变形区、两端面为难变形区其余区域为过渡区；AerMet100钢压缩过程中温度先升高后下降，中心温度高于两端；AerMet100钢随着压缩的进行等效应力、应变逐渐增大，中心区域的等效应力小于两端，而等效应变则相反。通过热模拟试验后显微组织和模拟的再结晶结果的观察分析，发现压缩后中心的大变形区平均晶粒度为最小，两端难变形区平均晶粒度最大。
　　AerMet100钢热挤压后坯料流线随挤压的进行畸变加剧，在凹模的工作带附近网格畸变最严重，为大变形区。热挤压开始坯料温度先升高后下降，心部最高，坯料外侧与模具接触区温度下降较快。热挤压过程坯料应力、应变随着挤压的进行值不断增大，且外侧比心部增长快；坯料在工作带处应力、应变值均较大。热挤压坯料晶粒从上到下逐渐减小，随着变形的进行晶粒也是逐渐减小。挤压结束时试样未变形区域平均晶粒尺寸较大，变形区域平均晶粒尺寸较小。
　　模拟并分析了AerMet100钢相同温度不同挤压速度下约束变形的温度和等效应力，得到温度变化和等效应力的变化均与挤压速度成正比关系。还模拟了AerMet100钢某实际件终锻变形的温度场、等效应力和再结晶体积分数。

目录

AerMet100 钢热变形过程数值模拟及晶粒尺寸演变研究

SMIULATION OF HOT DEFORMATIONPROCESSING AND STUDY ON GRAINSIZE EVOLUTIONOF STEEL AERMET100

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 AerMet100 钢概述

1.3 Gleeble 系列热模拟机

1.4 塑性变形理论

1.5 热挤压

1.6 有限元方法在材料成形中的应用

1.7 热变形过程微观组织模拟现状

1.8 研究目的和研究内容

第2章 试验材料和方法

2.1 试验材料

2.2 热挤压设备及工艺方案

2.3 金相观察

2.4 模拟工具及环境要求

第3章 高强钢热挤压模具设计

3.1 挤压模具设计要求和步骤

3.2 挤压力的计算

3.3 热挤压模模芯的设计——凸模凹模

3.4 模具设计的补充

3.5 本章小结

第4章 高强钢热变形有限元数学模型

4.1 温度场的数学模型

4.2 应力场数学模型

4.3 热变形过程再结晶的数学模型

4.4 热变形过程的数值模拟的流程图

4.5 本章小结

第5章 高强钢热变形过程的计算机模拟

5.1 热变形过程数值模拟的初始条件

5.2 AerMet100 钢无约束条件下变形的模拟

5.3 AerMet100 钢约束条件下变形的模拟

5.4 AerMet100 钢某实际件成形模拟

5.5 本章小结

结 论

参考文献

附 录I

附 录II

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢